IC芯片 (微型电子器件)

浏览: 作者: 来源: 时间:2022-01-24 分类:洗衣机
IC芯片(Integrated Circuit Chip)是将大量的微电子元器件(晶体管、电阻、电容等)形成的集成电路放在一块塑基上,做成一块芯片。IC芯片包含晶圆芯片和封装芯片,相应 IC 芯片生产线由晶圆生产线和封装生产线两部分组成。

IC芯片(Integrated Circuit Chip)是将大量的微电子元器件晶体管电阻电容等)形成的集成电路放在一块塑基上,做成一块芯片。IC芯片包含晶圆芯片和封装芯片,相应 IC 芯片生产线由晶圆生产线和封装生产线两部分组成。

集成电路(integrated circuit)是一种微型电子器件或部件,采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构;其中所有元件在结构上已组成一个整体,使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。它在电路中用字母“IC”表示。

晶体管发明并大量生产之后,各式固态半导体组件如二极管、晶体管等大量使用,取代了真空管在电路中的功能与角色。到了20世纪中后期半导体制造技术进步,使得集成电路成为可能。相对于手工组装电路使用个别的分立电子组件,集成电路可以把很大数量的微晶体管集成到一个小芯片,是一个巨大的进步。集成电路的规模生产能力,可靠性,电路设计的模块化方法确保了快速采用标准化集成电路代替了设计使用离散晶体管---分立晶体管。
集成电路对于离散晶体管有两个主要优势:成本和性能。成本低是由于芯片把所有的组件通过照相平版技术,作为一个单位印刷,而不是在一个时间只制作一个晶体管。性能高是由于组件快速开关,消耗更低能量,因为组件很小且彼此靠近。2006年,芯片面积从几平方毫米到350 mm²,每mm²可以达到一百万个晶体管。第一个集成电路雏形是由杰克·基尔比于1958年完成的,其中包括一个双极性晶体管,三个电阻和一个电容器,相较于现今科技的尺寸来讲,体积相当庞大。

一、根据一个芯片上集成的微电子器件的数量,集成电路可以分为以下几类:
小型集成电路(SSI英文全名为Small Scale Integration)逻辑门10个以下或 晶体管100个以下。
中型集成电路(MSI英文全名为Medium Scale Integration)逻辑门11~100个或 晶体管101~1k个。
大规模集成电路(LSI英文全名为Large Scale Integration)逻辑门101~1k个或 晶体管1,001~10k个。
超大规模集成电路(VLSI英文全名为Very large scale integration)逻辑门1,001~10k个或 晶体管10,001~100k个。
极大规模集成电路(ULSI英文全名为Ultra Large Scale Integration)逻辑门10,001~1M个或 晶体管100,001~10M个。
GLSI(英文全名为Giga Scale Integration)逻辑门1,000,001个以上或晶体管10,000,001个以上。
二、按功能结构分类:集成电路按其功能、结构的不同,可以分为模拟集成电路数字集成电路两大类。
三、按制作工艺分类:集成电路按制作工艺可分为单片集成电路混合集成电路,混合集成电路有分为厚膜集成电路薄膜集成电路
四、按导电类型不同分类:集成电路按导电类型可分为双极型集成电路和单极型集成电路。双极型集成电路的制作工艺复杂,功耗较大,代表集成电路有TTL、ECLHTL、LST-TL、STTL等类型。单极型集成电路的制作工艺简单,功耗也较低,易于制成大规模集成电路,代表集成电路有CMOSNMOSPMOS等类型。
五、按用途分类:集成电路按用途可分为电视机用集成电路。音响用集成电路、影碟机用集成电路、录像机用集成电路、电脑(微机)用集成电路、电子琴用集成电路、通信用集成电路、照相机用集成电路、遥控集成电路、语言集成电路、报警器用集成电路及各种专用集成电路

芯片外观检测

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集成电路(IC)芯片在封装工序之后,必须要经过严格地检测才能保证产品的质量,芯片外观检测是一项必不可少的重要环节,它直接影响到 IC 产品的质量及后续生产环节的顺利进行。外观检测的方法有三种:一是传统的手工检测方法,主要靠目测,手工分检,可靠性不高,检测效率较低,劳动强度大,检测缺陷有疏漏,无法适应大批量生产制造;二是基于激光测量技术的检测方法,该方法对设备的硬件要求较高,成本相应较高,设备故障率高,维护较为困难;三是基于机器视觉的检测方法,这种方法由于检测系统硬件易于集成和实现、检测速度快、检测精度高,而且使用维护较为简便,因此,在芯片外观检测领域的应用也越来越普遍,是 IC 芯片外观检测的一种发展趋势。 [1] 

集成电路故障检测

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集成电路芯片的硬件缺陷通常是指芯片在物理上所表现出来的不完善性。集成电路故障(Fault)是指由集成电路缺陷而导致的电路逻辑功能错误或电路异常操作。导致集成电路芯片出现故障的常见因素有元器件参数发生改变致使性能极速下降、元器件接触不良、信号线发生故障、设备工作环境恶劣导致设备无法工作等等。电路故障可以分为硬故障和软故障。软故障是暂时的,并不会对芯片电路造成永久性的损坏。它通常随机出现,致使芯片时而正常工作时而出现异常。在处理这类故障时,只需要在故障出现时用相同的配置参数对系统进行重新配置,就可以使设备恢复正常。而硬故障给电路带来的损坏如果不经维修便是永久性且不可自行恢复的。
通常集成电路芯片故障检测必需的模块有三个:源激励模块,观测信息采集模块和检测模块。源激励模块用于将测试向量输送给集成电路芯片,以驱使芯片进入各种工作模式。故,通常希望测试向量集能尽量多得包含所有可能的输入向量。观测信息采集模块负责对之后用于分析和处理的信息进行采集。观测信息的选取对于故障检测至关重要,它应当尽量多的包含故障特征信息且容易采集。检测模块负责分析处理采集到的观测信息,将隐藏在观测信息中的故障特征识别出来,以诊断出电路故障的模式。
最早的电路故障诊断方法主要依靠一些简单工具进行测试诊断,它极大地依赖于专家或技术人员的理论知识和经验。在这些测试方法中,最常用的主要有四类:虚拟测试、功能测试、结构测试和缺陷故障测试。虚拟测试不需要检测实际芯片,而只测试仿真的芯片,适用于在芯片制造前进行。它能及时检测出芯片设计上的故障,但它并未考虑芯片在实际的制造和运行中的噪声或差异。功能测试依据芯片在测试中能否完成预期的功能来判定芯片是否存在故障。这种方法容易实施但无法检测出非功能性影响的故障。结构测试是对内建测试的改进,它结合了扫描技术,多用于对生产出来的芯片进行故障检验。缺陷故障测试基于实际生产完成的芯片,通过检验芯片的生产工艺质量来发现是否包含故障。缺陷故障测试对专业技术人员的知识和经验都要求很高。芯片厂商通常会将这四种测试技术相结合,以保障集成电路芯片从设计到生产再到应用整个流程的可靠性和安全性。然而,对于日趋复杂的电路系统,这些早期方法越发显得捉襟见肘。经过不断的改进和创新,许多新的思想和方法相继问世。
电压诊断出现较早且运用较广。电压测试的观测信息是被测电路的逻辑输出值。此方法通过对电路输入不同的测试向量得到对应电路的逻辑输出值,然后将采集的电路逻辑输出值与该输入向量对应的电路预期逻辑输出值进行对比,来达到检测电路在实际运行环境中能否实现预期逻辑功能的目的。此方法简单却并不适用于冗余较多的大规模的集成电路。若缺陷出现在冗余部分就无法被检测出来。而且当电路规模较大时,测试向量集也会成倍增长,这会直接导致测试向量的生成难且诊断效率低下等问题。此外,如果故障只影响电路性能而非电路逻辑功能时,电压诊断也无法检测出来。由于集成电路输出的电压逻辑值并不一定与电路中的所有节点相关,电压测试并不能检测出集成电路的非功能失效故障。于是,在 80 年代早期,基于集成电路电源电流的诊断技术便被提出。电源电流通常与电路中所有的节点都是直接或间接相关的,因此基于电流的诊断方法能覆盖更多的电路故障。然而电流诊断技术的提出并非是为了取代电压测试,而是对其进行补充,以提高故障诊断的检测率和覆盖率。电流诊断技术又分为静态电流诊断和动态电流诊断。静态电流诊断技术的核心是将待测电路处于稳定运行状态下的电源电流与预先设定的阈值进行比较,来判定待测电路是否存在故障。可见,阈值的选取便是决定此方法检测率高低的关键。早期的静态电流诊断技术采用的固定阈值,然而固定的阈值并不能适应集成电路芯片向深亚微米的发展。于是,后人在静态电流检测方法上进行了不断的改进,相继提出了差分静态电流检测技术,电流比率诊断方法,基于聚类技术的静态电流检测技术等。动态电流诊断技术于 90 年代问世。动态电流能够直接反应电路在进行状态转换时,其内部电压的切换频繁程度。基于动态电流的检测技术可以检测出之前两类方法所不能检测出的故障,进一步扩大故障覆盖范围。随着智能化技术的发展与逐渐成熟,集成电路芯片故障检测技术也朝着智能化的趋势前进 [2]  。